瑞帝電通國際有限公司 - READY INTERNATIONAL INC.
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型號: 物理實驗-電學001
名稱: 電學001-電磁感應
規格:
﹝實驗目的﹞
當『磁鐵』(magnet)通過『線圈』(coil)時,圖表上的『感應電動勢』(induced EMF)圖形會發生什麼變化?
﹝實驗探討﹞
『磁場』的改變(magnetic field)會在『封閉電路』(closed circuit)中產生『電流』(electric currents)。當磁體通過線圈時也會發生這種情況。它在線圈的端部引起『電壓』(voltage),也稱為『電磁力』(electromagnetic force EMF)。
在這個實驗中,我們將測量實驗中產生的電磁力,並得到其圖表。
﹝實驗器材﹞
1.CMA公司的『資料處理器』(Data-logger),可以選擇型號:001 Vincilab筆記型資料處理器或型號:006p CoachLabII+桌上型資料處理器
2.型號:BT02『電壓感測器』(Voltage Sensor) -±10V和4-mm的『香蕉插頭』(leads) (使用CoachLab II +時)
3.線圈(大約1200匝)
4.磁鐵(一個或多個)
5.『塑膠管』(塞在線圈中讓磁鐵通過)
6.鐵架(retort stand)
﹝實驗步驟﹞
1.將線圈套在塑膠管上。
2.將塑膠管放置在實驗台(lab stand)上。
3.將電壓感測器連接到資料處理器的輸入端input1,或將4mm的香蕉插頭直接連接到CoachLab II +的4mm輸入端。
4.將電壓感測器或兩根4mm的香蕉插頭連接到線圈的末端。
5.打開教練活動“電磁感應”。 在Coach軟體中打開『Coach Activity』的『Electromagnetic induction』(電磁感應)。
6.並使用『triggering』(觸發)。檢查程序中設置的觸發條件。
7.開始測量並將磁鐵放入塑膠管中。當滿足觸發條件時,數據處理器應自動開始收集資料。
8.請解釋記錄到的訊號形狀(『波峰、波谷』(positive and negative peaks))。
9.波峰與波谷是否對稱?為什麼不?
10.哪一時刻的磁通量變化最快?
11.磁鐵的掉入線圈的前半部過程中,磁通量的總變化是多少?
12.若電壓信號的起伏不以0伏特為原點,那麼就表示電壓感測器有輕微的偏移。雖然這並不影響你的實驗結果,但我們還是應該將偏差值去除。
13.磁鐵的掉入線圈的後半部過程中,磁通量的總變化是多少?
14.將磁鐵反向(轉180度)掉入線圈中,是否影響測量?請說明結果。
15.使用不同『強度』(strengths)的磁鐵重複實驗。並說明磁鐵的強度對實驗結果有什麼影響。
16.修改塑膠管的角度,並測量是否產生影響。請說明結果。
17.串聯兩個或三個線圈。並說明感應電壓的起伏形狀。
﹝實驗原理﹞
-『法拉第定律』
當『磁鐵』(magnet)落下並通過『線圈』(coil)的瞬間,電流『導線』(wire)之間產生,這種現象被稱為『電磁感應』(electromagnetic induction)。
根據『法拉第定律』(Faraday’s law),迴路 N的『感應電動勢』(induced emf)ε正比於『磁通量』(magnetic flux)Φ的變化率。
感應電流(induced current)的方向由『冷次定律』(Lenz’s law)來決定,感應電流的產生是因為通過『磁場』(magnetic field)的磁通量發生變化。
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